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射频接收机中自动增益控制及功率检测器设计

作　者: 宫志超
导　师: 唐长文
学　校: 复旦大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 射频接收机 数字电视调谐器 自动增益控制 可变增益放大器 功率检测器 噪声 线性度 动态范围 CMOS集成电路设计
分类号: TN722
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 600次
引　用: 5次
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内容摘要


射频接收机是通信系统中的基本模块,作为接收终端它的性能直接影响到用户,因此各种通信系统中的射频接收机都得到了人们广泛的关注和深入的研究。本论文针对射频接收机中的自动增益控制进行研究,对自动增益控制在理论上有创造性的贡献,对传统的模拟自动增益控制进行了总结论述,并深入分析了数字自动增益控制。由于功率检测是自动增益控制中的必需模块,本文也设计了一个应用于射频前端的功率检测器。首先,本文提出了同时考虑噪声与非线性的信号质量的衡量指标信号噪声失真比,并推导出级联模块的信号噪声失真比与各个模块的信号噪声失真比之间的关系。本文提出把信号噪声失真比的最优化作为增益控制的原则。根据推导出的结论,各个模块的信号噪声失真比最优化,可以使得总体的信号噪声失真比最优化。本文也给出了对具有多个可变增益模块的系统进行自动增益控制的步骤。在此基础上,讨论了数字自动增益控制相关问题,提出了三种数字自动增益控制中可以采用的算法。作为一个应用的例子,对数字电视调谐器的自动增益控制进行了分析与算法设计。这个数字电视调谐器具有三级可变增益模块,算法保证了信号噪声失真比的最优化,具有恒定的锁定时间,对硬件要求较低。在系统级的分析之后,本文设计了一个全新的应用于射频前端的功率检测器电路。这个功率检测器采用了改进的宽带限幅放大器以及全新的跨导放大器,输出信号跟输入信号功率成对数关系,用CMOS工艺实现,仿真工作频率可以达到1GHz。最后,通过数字电视调谐器的流片验证了所提出的自动增益控制算法的正确性,同时也测试了数字电视调谐器中集成的功率检测器的性能。测试结果显示自动增益控制的算法是正确有效的,功率检测器的性能满足要求。

全文目录


目录  2-4
摘要  4-5
Abstract  5-6
第一章 概论  6-9
  1.1 研究背景  6
  1.2 研究动机  6-7
  1.3 论文主要贡献  7-8
  1.4 论文组织结构  8
  参考文献  8-9
第二章 系统分析  9-33
  2.1 主要接收机性能指标  9-19
    2.1.1 线性度  9-15
      2.1.1.1 1-dB压缩点  9-10
      2.1.1.2 三阶交调点  10-12
      2.1.1.3 宽带信号的三阶交调量  12-13
      2.1.1.4 复合三阶失真  13-15
    2.1.2 噪声系数  15-16
    2.1.3 无杂散动态范围  16-17
    2.1.4 镜像抑制  17-18
    2.1.5 相位噪声  18-19
  2.2 接收机的主要架构  19-22
    2.2.1 一次变频和二次变频  19-20
    2.2.2 零中频  20-21
    2.2.3 镜像抑制结构  21-22
  2.3 信号噪声失真比  22-26
    2.3.1 单个模块的信号噪声失真比  22-24
    2.3.2 级联模块的信号噪声失真比  24-26
    2.3.3 固定增益模块与固定增益模块级联  26
  2.4 可变增益模块设计  26-28
    2.4.1 衰减模块与固定增益模块级联  26-28
    2.4.2 变增益模块设计要求  28
  2.5 接管点和目标功率  28-29
  2.6 系统增益调整  29-31
    2.6.1 变增益模块与固定增益模块级联  29-30
    2.6.2 变增益模块与可变增益模块级联  30-31
    2.6.3 增益控制的原则、依据和步骤  31
  参考文献  31-33
第三章 自动增益控制  33-48
  3.1 模拟自动增益控制  33-37
    3.1.1 环路特性  33-36
    3.1.2 恒定时间常数配置  36-37
  3.2 数字自动增益控制  37-40
    3.2.1 锁定区间和目标窗口  38-39
    3.2.2 控制算法  39-40
    3.2.3 数字自动增益控制与模拟自动增益控制  40
  3.3 数字电视调谐器自动增益控制算法  40-47
    3.3.1 数字电视调谐器架构及增益分配  41-42
    3.3.2 可变增益模块目标功率  42-43
    3.3.3 自动增益控制算法  43-47
  参考文献  47-48
第四章 功率检测器设计  48-59
  4.1 功率检测的基本原理  48-49
  4.2 功率检测器架构  49-50
  4.3 功率检测器电路设计  50-55
    4.3.1 限幅放大器  50-52
    4.3.2 跨导放大器与整流器  52-55
    4.3.3 低通滤波器  55
  4.4 仿真结果  55-57
  参考文献  57-59
第五章 电路实现及测试  59-68
  5.1 各模块仿真性能  59-62
  5.2 ADMS系统仿真  62
  5.3 测试结果  62-68
    5.3.1 自动增益控制  62-66
    5.3.2 功率检测器  66-68
第六章 总结与展望  68-69
致谢  69-70

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 基本电子电路 > 放大技术、放大器 > 放大器
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